Ανάπτυξη εκτυπώσιμων τσιμεντοειδών (3D-printed) σε εργαστηριακή κλίμακα

Τσιλίκης, Ιωάννης; Tsilikis, Ioannis

dc.contributor.author	Τσιλίκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Tsilikis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2022-10-20T06:51:08Z
dc.date.available	2022-10-20T06:51:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55963
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23661
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Εκτυπώσιμα Υλικά	el
dc.subject	Εκτυπώσιμο Σκυρόδεμα	el
dc.subject	Δομικά Υλικά	el
dc.subject	Προσθετική κατασκευή	el
dc.subject	Εκτυπώσιμη Πάστα Τσιμέντου	el
dc.subject	3D-printed Concrete	en
dc.subject	Additive Manufacturing	en
dc.subject	3D-printed Materials	en
dc.subject	Cement	en
dc.subject	Extrusion	en
dc.title	Ανάπτυξη εκτυπώσιμων τσιμεντοειδών (3D-printed) σε εργαστηριακή κλίμακα	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Δομικά Υλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-16
heal.abstract	Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης σκυροδέματος είναι μια μορφή προσθετικής κατασκευής που έχει κερδίσει μεγάλο ερευνητικό και εμπορικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια. Η εφαρμογή της στον κατασκευαστικό τομέα έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως η μείωση του χρόνου και του κόστους κατασκευής, η μείωση των σφαλμάτων και η αρχιτεκτονική ελευθερία. Ωστόσο, το κύριο μειονέκτημά της είναι η έλλειψη επίσημων κανονισμών ή κατευθυντήριων γραμμών, ή ακόμη και ορισμένων ορθώς καθορισμένων κριτηρίων για την αξιολόγηση της εκτυπωσιμότητας των υλικών. Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εξετάζει την ανάπτυξη ενός αρχικού πλαισίου εργαστηριακών δοκιμών αξιολόγησης μιγμάτων εκτύπωσης με εφαρμογή κοινών μεθόδων. Πιο συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν δώδεκα διαφορετικά μείγματα προς εκτύπωση που αποτελούνταν από τσιμέντο, πυριτική παιπάλη και τρία διαφορετικά πρόσμικτα: επιταχυντή, επιβραδυντή και υπερρευστοποιητή. Τα παραπάνω μείγματα συγκρίθηκαν με ένα εκτυπώσιμο μείγμα αναφοράς που αποτελείτο μόνο με τσιμέντο. Οι ρεολογικές ιδιότητες των υλικών προς εκτύπωση σε νωπή κατάσταση, όπως η εργασιμότητα και η ικανότητα εξάπλωσης, αξιολογήθηκαν μέσω δοκιμών σε τράπεζα εξάπλωσης. Η ικανότητα εξώθησης και η κατασκευασιμότητα αξιολογήθηκαν μέσω μίας μη πρότυπης μεθόδου, προσθετικής κατασκευής, εργαστηριακής κλίμακας. Ο προσδιορισμός του χρόνου αρχικής πήξης των μιγμάτων έγινε με χρήση συσκεύης Vicat. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μέτρηση της θλιπτικής αντοχής σε μονοαξονική θλίψη των σκληρυμένων μειγμάτων για την εκτίμηση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Γενικά, τα αποτελέσματα έδειξαν πως η προσθήκη των πρόσμικτων βελτίωσε τις ρεολογικές ιδιότητες των προς εκτύπωση μειγμάτων τσιμέντου. Επιπλέον, εξήχθη το συμπέρασμα ότι το ιδανικό εύρος αρχικής παραμόρφωσης των τσιμεντοειδών μιγμάτων είναι από 0,20 έως 0,25, ανεξάρτητα από τον τύπο του πρόσμικτου. Πάνω από αυτό το εύρος, το υλικό προς εκτύπωση είναι λιγότερο «κατασκευάσιμο», πράγμα που σημαίνει ότι η ικανότητα του υλικού να διατηρεί το σχήμα του είναι περιορισμένη, και χαμηλότερα από αυτό το εύρος το υλικό δεν είναι εξωθήσιμο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι αρκετά λειτουργικό για να επιτευχθεί σταθερή εξώθηση. Η προσθήκη 10% πυριτικής παιπάλης και 1,5% επιβραδυντή οδήγησε σε εκτυπώσιμο υλικό με σταθερή παραμόρφωση εξάπλωσης ίση με 0,25 για 30' εξασφαλίζοντας σταθερή εξώθηση, με διπλασιασμένο χρόνο αρχικής πήξης σε σύγκριση με την πάστα τσιμέντου αναφοράς, δείχνοντας ταυτόχρονα την μικρότερη παραμόρφωση λόγω ιδίου βάρους και βάρους από τις άνωθι στρώσεις. Ωστόσο, το συγκεκριμένο μείγμα τσιμέντου παρουσίασε ελαφρώς μικρότερη θλιπτική αντοχή κατά 13%. Τα αποτελέσματα της εργασίας μπορούν να καταστούν εφαλτήριο για μελλοντική έρευνα με τελικό στόχο την ανάπτυξη ενός κατασκευαστικού πλαισίου που να περιλαμβάνει οδηγίες και εύρη τιμών για τις ιδιότητες των νωπών εκτυπώσιμων τσιμεντοειδών υλικών.	el
heal.abstract	3D concrete printing technology is a form of additive manufacturing that has gained a lot of interest during the latest years. Its application in the building sector has many advantages including time and cost effectiveness, errors reduction and architectural and construction customizability. However, its major drawback is the lack of official regulations or guidelines, or even some well-defined criteria for the evaluation of materials printability. This research work examines the development of an initial framework for laboratory testing and evaluation of printing mixtures by common testing methods. More particularly, different printing materials were prepared that consisted of cement and four different admixtures: silica fume, accelerator, retarder and superplasticizer. Silica fume was a standard admixture in the mix when testing the other three, to improve paste’s properties and performance. Printing materials rheological fresh properties, such as workability and flowability, were evaluated through flow table testing and a lab-scale additive manufacturing process was held to check their extrudability and buildability properties. Α penetration device was used (Vicat) in order to determine the mixes’ initial setting time. Finally, compressive strength measurement was conducted on the harden state of the cementitious materials to estimate their mechanical properties. Generally, the addition of any type of admixture improved the cement printing properties. Moreover, results showed that the ideal initial deformation range of the cementitious mixtures is from 0.20 to 0.25, regardless the admixture type. Upper than this range, the printing material is less buildable, meaning that the structure capability to keep its shape is limited, and lower than this range the material is not extrudable, meaning that it is not workable enough to achieve a constant extrusion. The addition of 10% silica fume and 1.5% retarder led to printing material with a constant flowability close to 0.25 for 30 minutes ensuring a stable extrusion, with doubled initial setting time compared to reference cement paste, showing, at the same time, the least deformation due to self-weight and weight from the upper layers. Nevertheless, this specific cement mixture exhibited slightly worsened mechanical strength by 13%. This research can act as a starting point for further scientific work to design a standard framework and include directives and values range for fresh properties of cementitious printing materials.	en
heal.advisorName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Τσακιρίδης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τσακαλάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	92 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false